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Trabajo Fin de Grado Papel de las antocianinas como agentes antidiabéticos (Revisión bibliográfica) Role of anthocyanins as antidiabetic agents (Bibliographic review) Autor Óscar Maqueda Ros Directora Marta Sofía Valero Gracia Facultad de Ciencias de la Salud y del Deporte Grado en Nutrición Humana y Dietética 2019/2020 Fecha de presentación: 10/06/2020
1 ÍNDICE 1. Introducción .......................................................................................................................... 2 2. Hipótesis/Objetivos ............................................................................................................. 11 3. Material/Método .................................................................................................................. 12 4. Resultados y discusión ........................................................................................................ 14 4.1 Estudios In vitro ................................................................................................................ 14 4.2 Estudios In vivo ................................................................................................................. 21 4.2.1 Animales ........................................................................................................................ 23 4.2.2 Humanos ........................................................................................................................ 29 5. Conclusiones ....................................................................................................................... 32 6. Bibliografía ......................................................................................................................... 33 Abreviaturas DM1 Diabetes mellitus tipo 1 DM2 Diabetes mellitus tipo 2 PKA Proteína quinasa a PI3K Fosfoinositol 3-quinasa AKT Proteina quinasa b PKC Proteina quinasa c ILK Kinasa ligada integrina PDK Piruvato deshidrogenasa quinasa GSK3 Glucógeno sintetasa 3 GYS2 Glucógeno sintetasa 2 G6P Glucosa 6-fosfato TSC Complejo de esclerosis tuberosa M-TORC1 Diana de rapamicina en células de mamífero SREBP1c Proteína de unión a elemento regulador del esterol GCK Glucoquinasa CHREBP Proteina de unión al elemento de respuesta de hidratos de carbono Fox01 Proteina forkhead box 01 G6PC Glucosa 6 fosfatasa GLUT-4 Transportador de glucosa 4 AGES Productos de la glicación no enzimática de macromoléculas ROS Especies reactivas de oxígeno RAGES Radicales de los productos de la glicación no enzimática de macromoléculas HBA1 Hemoglobina glicosilada HepG2 Células de carcinoma de hígado humano IC50 La concentración inhibitoria media máxima α-TNF Factor de necrosis tumoral alfa LDL Lipoproteína de baja densidad HDL Lipoproteína de alta densidad C3G Cianidina-3-glucosido PPARγ Receptor gamma activado por proliferador de peroxisoma LXR Receptor X del hígado GLP-1R Receptor péptido-1 similar al glucagón FFAR1 Receptor de ácidos grasos libres 1 AMPK Proteína quinasa activada por monofosfato de adenosina IRS-1 Sustrato receptor de insulina 1 RBP4 Proteína de unión de retinol 4 hs-CRP Proteína C-reactiva de alta sensibilidad TG Triglicéridos IL6, 8, 10 Interleucinas 6, 8, 10 iNOS óxido nítrico sintasa inducible NF-kB factor nuclear potenciador de las cadenas ligeras kappa de las células B activadas HFD Dieta alta en grasas a base de manteca de cerdo MCP-1 Proteína quimioatrayente de monocitos 1 CCL2 ligando de quimioquinas 2 CETP Colesterol en plasma MDA Malondialdehído 4-HNE 4-hidroxinonenal
2 1. Introducción La diabetes se basa en un desorden caracterizado por una hiperglucemia persistente en sangre como resultado del déficit de secreción de insulina o por resistencia a la misma, según el tipo de diabetes que se presente. Los síntomas clásicos que esta enfermedad producen en los pacientes son muy característicos dado a que presentan una excreción excesiva de orina (poliuria), sed pronunciada (polidipsia), hambre constante (polifagia), pérdida de peso, trastornos visuales y cansancio. En los dos tipos de Diabetes, los síntomas son similares, pero con una menor intensidad por lo cual los diagnósticos de diabetes tipo 2, suelen ser más tardíos y la enfermedad ya tiene años de evolución. Los pacientes de Diabetes Mellitus tipo 1 padecen una enfermedad de tipo autoinmune y metabólica, provocada por que el propio organismo destruye de forma selectiva las células β del páncreas y no segrega insulina. La administración de insulina en estos pacientes es necesaria dado a la falta de producción de dicha hormona. La gran parte de casos de DM1 se dan en pacientes con una serie de factores genéticos que los predisponen, pero también existen una serie de factores extrínsecos que pueden precipitar la aparición de la enfermedad como las infecciones virales, la dieta o la exposición a productos químicos. En la Diabetes Mellitus tipo 2, el paciente segrega insulina insuficiente o este es resistente hacia ella, por lo que carece de efecto parcial o total. La incapacidad de las células para responder adecuadamente a los niveles normales de insulina, se produce principalmente en los músculos, el hígado y el tejido adiposo. En el hígado, la insulina normalmente suprime la liberación de glucosa. Sin embargo, debido a la resistencia a la insulina, el hígado libera inapropiadamente glucosa en la sangre. La proporción entre la resistencia a la insulina y la disfunción de las células beta difiere entre los individuos. Algunos tienen principalmente resistencia a la insulina y solo un defecto menor en la secreción de insulina; y otros tienen una ligera resistencia a la insulina y fundamentalmente una falta de secreción de insulina. (1) Este tipo de patologías tienen un eje central crucial para nuestro organismo debido a que en ambas se compromete la disponibilidad de glucosa en nuestro organismo y esta, es nuestro principal sustrato energético. La capacidad de digestión y absorción de glucosa por el intestino, las concentraciones de glucosa en sangre, así como el transporte y almacenamiento de glucosa en los tejidos están estrictamente regulados por el metabolismo. Este se basa en la liberación de insulina en la fase postprandial, lo que provoca el almacenamiento de glucosa en los órganos diana, como el hígado, los músculos y los tejidos adiposos. La unión de la insulina con su receptor de membrana desencadena la autofosforilación seguida de sustratos proteicos intracelulares. También se han identificado factores clave en su vía de transducción de señales, incluyendo la
3 fosfoinositol 3-quinasa (PI3K). (2) Esta molécula cuenta con una amplia familia que se divide en tres clases: clase I, II y III. Se sabe que parte de las diversas funciones celulares que realiza, como estar involucrada en el crecimiento celular, proliferación, movilidad, supervivencia celular y trafico intracelular, están provocadas por la habilidad de la PI3K de clase I a activar la vía de las proteína quinasa B (AKT). AKT es el homologo humano del oncogen viral v-AKT (retrovirus Akt 8) y está relacionado con proteinas kinasas A (PKA) y C (PKC) en humanos. La AKT tiene tres isoformas conocidas, derivadas de distintos genes: AKT1/PKBα, AKT2/PKBβ y AKT3/PKBγ. El dominio PH en la region N-terminal de AKT interactua con 3´-fosfoinositoles, ayudando a la agrupación de AKT hacia la membrana plasmática. Se han identificado diferentes PDK2 (isoenzima 2 de piruvato deshidrogenasa lipoamida quinasa) potenciales. Estas son proteinquinasas vinculadas en el proceso de activacion de las diferentes vias de señalización, incluyendo el complejo rictor-mTOR (pero no el complejo raptor-mTOR inhibido por rapamicina y sus análogos), la ILK (kinasa ligada a integrina), la PKCβII e, incluso, la propia AKT, permitiendo, por tanto, un potente mecanismo de retroalimentación en la vía. Aun no hay claridad sobre el tipo de interacción de las PDK2 en la regulación de AKT; también falta esclarecer el papel relativo de la señalización de AKT en la membrana, el citosol y el núcleo. Las isoformas de AKT se han visto implicadas en funciones específicas, relacionadas con cáncer (AKT2 en motilidad/invasion y AKT3 en la independencia hormonal) (3). En ratones knockout, la eliminación de las diferentes isoformas conlleva a diversos defectos en el desarrollo y alteraciones en la sensibilidad a la insulina como podemos ver en la figura 1. Figura 1. El rol de AKT y el blanco mamífero de la rapamicina (mTOR) en la homeostasis de la glucosa. (4) También en diversos estudios, se demuestra que la ATK también está involucrada aparte de en la homeostasis de glucosa, en la de lípidos. A partir de la activación de la proteina AKT, se activan diferentes vías de control de la glucosa y la homeostasis lipídica como podemos ver en la figura
4 2. Se induce a la síntesis de glucógeno a través de la inhibición de glucógeno sintetasa 3 (GSK3) y de la activación de glucógeno sintetasa 2 (GYS2) a través de la glucosa 6-fosfato (G6P). La inhibición del complejo de esclerosis tuberosa ;(TSC) activa la diana de rapamicina en células de mamífero; (mTORC1), que a su vez activa el gen lipogénico denominado proteína de unión a elemento regulador del esterol (SREBP1c) y la glucoquinasa (GCK), que fosforila la glucosa a G6P. Además, G6P activa la proteina de unión al elemento de respuesta de hidratos de carbono (ChREBP) lo que provoca más lipogénesis. Por último, la AKT inhibe también la acción de la Fox01, lo que provoca una inhibición de la gluconeogénesis mediante la supresión de las proteínas glucosa 6 fosfatasa (G6PC). (5) Figura 2. Esquema de la vía PI3K/ATK en el hígado centrado en niveles de glucosa y lípidos. (5) Esta vía también está involucrada en la translocación de transportador de glucosa 4 (GLUT-4) de vesículas intracelulares a la membrana celular. Dado que GLUT-4 está implicado en el transporte de glucosa en los músculos y tejidos adiposos, es una de las principales dianas terapéuticas para la DM2. Con el tiempo, la diabetes en todas sus formas, puede causar daños considerables en nuestro organismo si no es tratada como es debido. Estas complicaciones se focalizan en la formación de una serie de compuestos denominados productos finales de la glicación (AGEs). Estos son los productos de la glicación no enzimática de macromoléculas (proteínas, lípidos y ácidos nucleicos) con un azúcar reductor, conocida como la reacción de Maillard. El exceso de estrés oxidativo y un marcado aumento en las especies reactivas de oxígeno (ROS) pueden dañar las proteínas y estimular su modificación. El aumento de la producción de lípidos oxidados y glucosa, además de las proteínas dañadas, puede conducir a la formación de AGE. Las AGEs generalmente se consideran moléculas estructuralmente heterogéneas. La ruta común de la generación de AGE en humanos con diabetes comienza inicialmente con la combinación del grupo carbonilo de un azúcar reductor o aldehído con residuos de aminoácidos de lisina y arginina. Los AGE pueden inducir una vía de señalización intrínseca dentro de las células y promover el desarrollo de
5 receptores de AGE en las membranas celulares. En humanos con diabetes, los ligandos de carboximetilsina de los AGE son los ligandos habituales de RAGE. Aparte de esta reacción no enzimática de glucosa con macromoléculas, los AGE pueden formarse de manera endógena a través de la vía del poliol y la peroxidación lipídica. Además, los AGE se pueden producir en situaciones distintas de la hiperglucemia y la diabetes (6). Envejecimiento, inflamación, insuficiencia renal, aumento del estrés intracelular y extracelular, estrés oxidativo, comer alimentos procesados ricos en grasas (ricos en ácidos grasos saturados), alimentos ricos en proteínas tratados con calor (lípidos y / o azúcar), fumar cigarrillos y el consumo crónico de alcohol puede causar la producción de AGE. Estos compuestos son los que provocan las complicaciones en el corazón, los vasos, los ojos, los riñones y los nervios. Estas moléculas deben sus efectos nocivos a su capacidad de interacción con proteínas de la matriz extracelular afectando así a las propiedades mecánicas de los tejidos, interacción con proteínas intracelulares alterando sus funciones fisiológicas y por último, por su unió a receptores de superficie provocando así la inducción de cascadas metabólicas. Los adultos con diabetes tienen un riesgo de 2 a 3 veces mayor de enfermedad cardiovascular y de accidentes cerebrovasculares. Este riesgo, lo podemos interpretar mediante un producto de la glicosilación denominado hemoglobina glicosilada (HbA1). Este compuesto se forma por la unión de la glucosa a la hemoglobina de manera irreversible, durando este compuesto en el organismo los 120 días que tiene de vida el glóbulo rojo. Esta patología en combinación con la reducción del flujo sanguíneo y la afección de neuropatías, aumenta la probabilidad de úlceras en las extremidades, especialmente en los pies (Pie diabético) y en la retina (retinopatía diabética). La cual requiere especial atención en estos pacientes ya que se produce por el daño acumulado en los vasos sanguíneos de la retina y puede llevar a causar ceguera. Por último, el daño en los vasos en estos pacientes también afecta al aparato renal, pudiendo llegar a ocasionar enfermedades renales tales como la insuficiencia renal (nefropatía diabética).
6 Figura 3. Esquema donde se refleja todas las consecuencias que pueden producirse en una diabetes descontrolada. (7) Para evitar todo este tipo de complicaciones las medidas preventivas, que son bastante sencillas, son la mejor manera para mejorar cualquier pronóstico de esta enfermedad. Sobre todo, estas medidas son efectivas en la DM2, pero pueden ayudar al manejo del tratamiento en la DM1. Las medidas tales como lograr y mantener un peso saludable, realizar al menos 30 min de actividad física con intensidad moderada, dieta saludable evitando ingestas de hidratos de carbono simples (azúcar) y grasas saturadas en grandes cantidades y, por último, evitar totalmente el consumo de tabaco, ya que tiene una relación directa con el aumento de riesgo de las complicaciones que ya de por si creaba la diabetes. La organización mundial de la salud (OMS) refleja en sus estudios más actuales, el ultimo fechado en 2014, el problema que está suponiendo el sobrepeso en la sociedad actual. Esta problemática en la que se
7 observa un creciente aumento de peso, va incrementado con el paso de los años llegándose a detectar el doble de casos que en las décadas anteriores. Además, este aumento de peso en nuestra sociedad provoca que enfermedades que están asociadas al sobrepeso y obesidad aumenten su prevalencia de la misma manera, es decir, que enfermedades como la diabetes, aumenta su prevalencia a casi el doble si la persona afectada sufre sobrepeso u obesidad. (1) Las antocianinas son un subgrupo de la serie de productos naturales englobados dentro de los polifenoles que, a su vez, pertenecen a una amplia familia, los flavonoides. Estas son nombradas así por tener uno o más anillos aromáticos con al menos un grupo hidroxilo (un fenol) y se hallan en las vacuolas vegetales que otorgan el color rojo, purpura o azul a las hojas, flores o frutos tales como las uvas, la soja, chocolate, vino, o en la mayoría de las bayas. Los polifenoles de clasifican comúnmente en cuatro grupos: flavonoides, ácidos fenólicos, lignanos y estilbenos. Los flavonoides, a su vez, también pueden desglosarse en subclases, incluyendo en este grupo las antocianinas, las flavonas, flavones, etc… Las 6 antocianinas más abundantes, se recogen en la figura 3, son malvidina, petunidin, delphinidin, peonidano, pelargonidina y cianidina. Figura 4. En esta figura se ve representada en la parte izquierda, los grupos químicos que comparten las antocianinas, y a la derecha vemos todos los grupos funcionales que varían entre los 6 grupos. (3) Dependiendo del número de grupos hidroxilo, el sitio de unión de las unidades de azúcar, el tipo de azúcar (p. Ej., Arabinosa, galactosa, glucosa, ramnosa y xilosa que se encuentran con frecuencia), el enlace glucosídico (o enlace) y la complejidad de los azúcares (mono-, diy trisacárido) se sabe que existen diversos grupos de antocianinas en las plantas. La mayoría de las antocianinas bioactivas discutidas en las siguientes secciones poseen una unidad de azúcar principalmente como formas 3-O-glucósido de arabinosa (7), glucosa (8), ramnosa (9) y galactosa (10) en sus formas de piranosido. Las formas de diglicósidos que incluyen rutinosa 11),
8 sambubiosa (12) y soforosa (13) también son comunes, mientras que la acilación con cafeína (14), ferúlica (15) y malónica (16). (Figura 4) Figura 5. Azúcares comunes y derivados de éster de antocianinas discutidos en este artículo.La posición de los azúcares con el esqueleto flavonoide se muestra en rojo. (2) El contenido en antocianinas en los alimentos varía considerablemente según variemos entre las especies de plantas y frutas, el tiempo de maduración, la calidad del suelo, la climatología del lugar, la forma de cultivar…Las principales fuentes de esta sustancia siguen siendo las bayas como las moras, arándanos, frambuesas… pero también las podemos encontrar en todo tipo de vegetales y frutas como podemos ver en la tabla 1. (6)
15 Tabla 2. Resumen de los distintos mecanismos in vitro de las antocianinas. (31) Antocianinas Parte de la planta Mecanismo in vitro Modelo Referenci a Extractos acuosos y metanol Fresas (Fragaria × ananassa) α-Glucosidasa y αamilasa / Inhibicion enzimatica Celula animal porcina Dosis: 10,50,100 µg/ml (20) Extractos de etanol y metanol y antocianinas purificadas: -Cianidin-3-O-Glucosido -Cianidin-3-O-Sambubiosido Bayas de saúco (Sambucus nigra) α-Glucosidasa y αamilasa/ Inhibicion enzimatica y células del músculo esquelético / Estimula la absorción de glucosa Celula humana del musculo esqueletico Dosis: 7.2 ± 1.3 μg/mL αglucosidasa, 6.8 ± 2.1 μg/mL αamilasa (21) Extractos acuosos de metanol que contienen Antocianinas: -Cianidin-3-O-Rutinosido -Cianidin-3-5-O-Diglucosido -Pelargodin-3-O-Rutinosido Frutos de higuera Ficus carica α-Glucosidasa y αamilasa / Inhibicion enzimatica Celula humana α-amilasa pancreatica α-glucosidasa intestinal Dosis: IC50 3,58 y 17,3 18,2 y 19,5 (mg de frutos secos/mL) (22) Compuesto: -Cianidin-3-O-Galactosido -Cianidin-3-O-Glucosido -Cianidin-3-5-O-Diglucosido Fuente sintetica α-Glucosidasa y αamilasa pancreatica/ Inhibicion enzimatica Celula animal αamilasa pancreatica porcina α-glucosidasa intestinal de rata Dosis: IC50 1.42 - 0.25 µg/ml (23) Antocianina purificada: -Cianidin-3-5-O-Diglucosido Uva muscadina integral (vitis rotundifolia) α-Glucosidasa y lipasa pancreatica/ Inhibicion enzimatica Celula animal α-Glucosidasa Saccharomyc es cerevisiae, lipasa (24)
16 pancreatica porcina Dosis:IC50 Extracto 46.51-0.62 Integral 166.99 -0.88 mg/100 g Extracto acuoso enriquecido en antocianinas Batata de pulpa púrpura α-Glucosidasa/ Inhibicion enzimatica Celula humana HepG2 Dosis:IC50 0.21-0.29 g/l (25) Compuesto: -Cianidin-3-O-Glucósido -Cianidin-3-O-Rutinosido -Pelargonidin-3-ORutinosido -Peonidin-3-O-Rutinosido Pulpa de cereza (Prunus avium) α-Glucosidasa/ Inhibicion enzimatica Celula humana Eritrocitos Dosis: IC50 11.38-0.48 μg/mL (26) Extracto de etanol Futos de Syzygium dessiflorum α-amilasa/ Inhibicion enzimatica Celula humana α-amilasa pancreatica α-glucosidasa intestinal Dosis: IC50 2.87-0.86 μg/mL (27) Extracto acuoso que contiene -Cianidin-3-O-Glucosido -Cianidin-3-OMalonilglucosido Lechuga escarlata Rutgers Hepatoma de rata con células H4IIE / inhibición de producción de glucosa Celula animal Ratones H4IIE Dosis: IC50 25-18 μg/mL (28) Extracto de etanol acidificado y antocianinas purificadas: -Cianidin-3-O-Glucosido -Cianidin-3-O-Rutinosido -Pelargonidin-3-O-Glucosido Mora (Morus alba) Células HepG2 / Incremento captación de glucosa Celula animal Ratones HepG2 Dosis: 50 and 125 mg/kg (29)
17 Antocianina purificada: -Cianidin-3-O-Glucosido Referencia estándar Adipocitos omental humanos y Células 3T3L1 / Aumento de glucosa transporte, membrana GLUT4 translocación e insulina sensibilidad (actividad similar a la insulina) Celula humana Adipocitos omental Dosis: 100 µg/ml (30) En el estudio de Cheplick, S. y cols. (2010) (20), se ve lo complicado que es realizar una homogenización de todos los efectos de las antocianinas, dado a que en un mismo estudio, revisa 14 subgéneros de fresa en los que ni la cantidad de antocianinas es igual, ni la potencia de efecto es la misma. El mecanismo de acción de estas es claro, pero según la especie, varia el índice de inhibición para 100 µg/ml de dosis. Los cultivos de las especies Honeoye, Idea, Jewel cuentan con un IC50 con una dosis de 100 µg/ml. También se resalta el caso de la especie Ovation, dado a que es una de las que menos efecto tiene en la inhibición de la α-amilasa, y sin embargo es de las que mas efecto cuentan en la inhibicion de la α-Glucosidasa. En el estudio propuesto por Ho, G.T.T. y cols. (2017) (21) refleja que los efectos de los extractos de agua fueron menos prominentes que los de los extractos ricos en fenoles, donde sólo la mayor concentración de extractos de agua (50 µg/mL) mostró un aumento significativo de la absorción de glucosa. El sesgo que encontramos en este tipo de investigaciones es que no todos los extractos a estudio son puros, es decir, que cuentan con varias antocianinas en su composición. Esto hace que atribuir efectos únicos sea muy difícil para correlacionar una antocianina con un efecto propio de esta. Además, en este estudio tampoco se ve muy clara la interacción molecular de la cianidina y sus glucósidos en sitios específicos de unión en los músculos del esqueleto humano. En el estudio de Aneta Wojdyło. y cols. (2016) (22) se encontraron diferencias significativas entre los frutos analizados en su actividad inhibidora hacia la amilasa y la glucosidasa. La inhibición IC50 de la α-amilasa y la α-glucosidasa osciló entre 3,58 y 17,3 y 18,2 y 19,5 mg de frutos secos/mL, respectivamente. En general, los frutos de higo examinados en este estudio mostraron una fuerte actividad inhibidora hacia la α-amilasa pero sólo un efecto inhibidor moderado hacia la α-glucosidasa. Debido al método de medidas que utilizan en este estudio, utilizando el fruto seco como tal, no podemos comparar los resultados con los anteriores estudios. El primer estudio que investiga las relaciones estructura/actividad de la cianidina y sus glucósidos en la inhibición de la glucosidasa intestinal (maltasa y sacarasa) y la amilasa pancreática es el de Akkarachiyasit, S. y cols. (2010) (23). De acuerdo con los resultados, la inhibición de la sacarasa intestinal por la cianidina y sus glucósidos es más específica que la inhibición de la maltasa intestinal. Además, la cianidina es un inhibidor débil de la amilasa pancreática y de la sacarasa
18 intestinal, mientras que el cianidin-3-glucósido es un inhibidor más potente que la cianidina. Estos resultados indican que la presencia de 3-O-glucósido es importante para inducir una potente inhibición contra la amilasa pancreática y la sacarasa intestinal. Un hallazgo interesante es que el reemplazo de 3-O-glucosa de cianidina-3-glucósido por un residuo de galactosa aumenta directamente la actividad inhibidora de la sacarasa intestinal, mientras que disminuye drásticamente la actividad inhibidora de la amilasa pancreática. Al comparar la estructura de la glucosa y la galactosa, las moléculas tienen la misma fórmula molecular pero diferentes fórmulas estructurales. La posición del grupo hidroxilo (-OH) en el C-4 es la única distinción entre la glucosa y la galactosa. Por lo que la diferencia estructural del azúcar en la posición 3-O puede ser un factor importante para modular la inhibición de la sacarasa intestinal y la amilasa pancreática. La interacción molecular de la cianidina y sus glucósidos en un sitio de unión específico de la glucosidasa intestinal y la amilasa pancreática sigue sin estar clara. A partir de la información sobre flavonoles y flavonas mencionada anteriormente, se puede suponer que la cianidina y sus glucósidos pueden interactuar con la proteína utilizando grupos hidroxilo en su estructura molecular, lo que da lugar a la formación de enlaces de hidrógeno con los grupos polares (grupos amida, guanidina, péptido, amino y carboxilo) en el sitio activo de las proteínas mediante interacciones covalentes y/o no covalentes. A pesar de todo esto, en este estudio utilizan un compuesto que es la acarbosa, que es un oligosacárido que se obtiene del Actinoplanes utahensis utilizado como medicamento para tratar la diabetes mellitus tipo 2 y, en algunos países para tratar la prediabetes, y es en resumen, un inhibidor de la α-glucosidasa, teniendo también efectos sobre la alfa amilasa, por lo que los resultados de este estudio no sabemos si están ligados al efecto de las antocianinas o simplemente es el efecto de la acarbosa. En el estudio de You, Q. y cols. (2011) (24) los resultados mostraron que el valor IC50 de la cianidina (0,04 mg/mL) para la inhibición de la α-glucosidasa era mucho más bajo que el de la cianidina-3,5-diglucósido (6,01mg/mL), lo que significa que la cianidina tiene una actividad antidiabética mucho más fuerte que su forma glucósida, hecho que en el anterior estudio era al contrario, la cianidina contaba con un efecto inhibitorio menor. Además, esto sugiere que las antocianinas pueden ejercer una mayor actividad inhibidora sobre la α-glucosidasa después de ser hidrolizadas en el intestino. También se muestran los equivalentes de la cianidina y el cianidin3,5diglucósido por su actividad inhibidora de la lipasa, que fueron 0,07 y 0,35 mg/mL. Mientras tanto, sus valores de IC50 fueron de 0,17 y 0,89 mg/mL, respectivamente. Sobre la base de los resultados, la antocianidina mostró una actividad inhibidora de la lipasa mucho más fuerte que su antocianina glucosídica, lo que también puede sugerir que las antocianinas de la muscadina podrían ser los principales compuestos bioactivos que contribuyen a la actividad inhibidora de la lipasa y podrían ejercer una mayor actividad inhibidora de la lipasa pancreática después de ser hidrolizadas en el intestino humano.
19 Esatbeyoglu, T. y cols. (2017) (25) siguen las líneas que establecieron en el estudio de Akkarachiyasit, S. y cols. (2010), dado a que refleja que la estructura de las antocianinas las revela como claves para sus distintos efectos antidiabéticos destacando el mayor efecto inhibidor de las formas diacetiladas frente a las formas más simples. También demuestra que el reemplazo de 3O-glucosa de cianidina-3-glucósido por un residuo de galactosa aumenta directamente la actividad inhibidora de la α-Glucosidasa. En el estudio de Gonçalves, A. y cols. (2017) (26) todos los extractos probados fueron capaces de inhibir esta enzima de manera dependiente de la dosis. Hedelfinger (IC50 = 10,25 ± 0,49 μg/mL) fue la más activa, seguida de Saco (IC50 = 10,79 ± 0,40 μg/mL) y Maring (IC50 = 11,38 ± 0,48 μg/mL). Esta problemática también la encontrábamos en el estudio de las fresas de Cheplick, S. y cols. (2010), en los que la gran heterogeneidad en las especies y cultivos, no permiten homogeneizar unos efectos concretos para cada estirpe. Pero a diferencia del otro estudio, los valores IC50 obtenidos fueron mucho más bajos que los de la acarbosa de control positivo (IC50 = 306.66 ± 0.84 μg/mL), por lo que las antocianinas, se postulan como remedio natural que nos pueden a esta patologia teniendo menos efectos secundarios como dolor intestinal, flatulencia y diarrea. Sin embargo, el siguiente estudio de Krishnasamy, G. y Muthusamy, K. (2015) (27) no coloca a las antocianinas como una alternativa, dado a que el mejor resultado lo obtiene la acarbosa de manera destacada. En el estudio de Cheng, D. y cols. (2014) (28) el extracto de esta lechuga y los compuestos aislados (ácido clorogénico, cianidina malonil-glucósido, quercetina malonil-glucósido y quercetina) fueron evaluados para la inhibición de la producción de glucosa en las células del hepatoma de rata H4IIE. El estudio demostró una inhibición dependiente de la dosis, de la producción de glucosa con una reducción estadísticamente significativa observada en las concentraciones de 10 y 20 μg/mL. El ácido clorogénico, uno de los principales componentes de este tipo de lechuga (55 mg/g de extracto), también demostró una respuesta dependiente de la dosis. La cianidina malonil glucósido, la quercetina malonil-glucósido y la quercetina no demostraron efectos inhibitorios significativos en la producción de glucosa en concentraciones de hasta 10 μM. Los componentes menores del extracto, incluidos el 3-glucósido de cianidina y el 3-glucósido de quercetina, inhibieron la producción de glucosa en concentraciones de hasta el 48 y el 56% en 10 μM, respectivamente, centrando la mayoría de la atribución del efecto. Esto solo hace que en este estudio se le atribuya otro efecto antidiabético más a estas antocianidinas a parte de la inhibición de la de la glucosidasa y la amilasa.
20 Además, este estudio introduce que este tipo de sustancias también tiene efectos remarcables sobre factores antiinflamatorios que son cruciales en la aparición de la DM2 como la reducción de TNF-α de la señalización de la insulina. En esta misma línea, sigue el estudio de Yan, F.; Zheng, X. (2017) (29), mostró otro posible mecanismo, como el deterioro del daño oxidativo por la activación de la señalización de AMPK. Para proteger las células dañadas por la glucosa y los acidos grasos libres, así como las patologías relacionadas con el DM2 en ratones db/db se observa en el extracto de mora multiple beneficios. Las pruebas acumuladas sugieren que el estrés oxidativo debido a un exceso de generación de ROS es el principal factor del inicio y la progresión de las complicaciones diabéticas en condiciones de obesidad o hiperglucemia. Por último, en el estudio de Scazzocchio, B. y cols. (2011) (30), se demuestra que el Cianidin-3Glucosido y su principal metabolito, el ácido protocatechuico (PCA) fueron capaces de contrarrestar completamente el deterioro del mecanismo de transporte de la glucosa inducido por el oxLDL en los adipocitos omentales. Y lo que es más importante, proporcionamos pruebas de una actividad similar a la de la insulina de los polifenoles que eran capaces de regular la internalización de la glucosa. C3G y PCA aumentaron la captación de glucosa de los adipocitos y la translocación de la membrana GLUT4. Significativamente también se mostraron incrementos en la actividad del PCA, así como en las expresiones de adiponectina y GLUT4. Es interesante que la inhibición del PPARg (receptor gamma activado por proliferador de peroxisomas) contrarrestó las elevaciones de adiponectina y GLUT4 inducidas por polifenoles, lo que sugiere una participación directa del PPARg en este proceso. Estos últimos estudios, presentan factores antinflamatorios cruciales para la prevención de la DM2. Todos estos factores, los desarrollaremos con más detenimiento en los resultados in vivo. Otro sesgo que refleja este tipo de estudios es que es difícil establecer una conclusión certera dado a que la estructura fisiológica de una célula humana y la de un roedor son distintas y no podemos extrapolar resultados. Por último, se podrían haber incluido otras enzimas interesantes como GLUT4, Adiponectina, PPAR, LXR, GLP-1R, FFAR1, ya que después en investigaciones in vivo, cuentan con mecanismos relevantes a tener en cuenta para el efecto antidiabética, que de esta manera se obvian. Biodisponibilidad de antocianinas La mayoría de los compuestos bioactivos que son bien conocidos por sus grandes beneficios para la salud generalmente son ingeridos por los alimentos, el estudio de los alimentos como una mezcla de sus compuestos bioactivos es más relevante. Además del contenido total de compuestos bioactivos en los alimentos, la biodisponibilidad, incluido el metabolismo y la excreción, también es crítica. Aunque se ha informado que las antocianinas tienen baja biodisponibilidad. Después
21 de evaluar los niveles plasmáticos después de la ingestión de alimentos ricos en antocianinas, los estudios recientes han comenzado a centrarse en los metabolitos de antocianinas que no se pudieron detectar previamente, utilizando métodos tradicionales, curiosamente, se informó que la biodisponibilidad de los metabolitos de antocianinas era 42 veces mayor que la de las antocianinas originales (32). Además, se han realizado varios intentos para mejorar la biodisponibilidad de los flavonoides, incluidas las antocianinas, utilizando un nuevo sistema de administración. Se han estudiado las nanopartículas, la encapsulación de alimentos, los liposomas y las inmersiones en gel para mejorar la absorción intestinal de los alimentos (33). 4.2 Estudios In vivo Se han realizado una gran cantidad de estudios revisando las actividades protectoras in vivo de antocianinas contra la diabetes y la condición de obesidad con resistencia a la insulina. La mayoría de estos estudios se desarrollan en un modelo en el que se centran en el perfil de animal obeso diabético resistente a la insulina, utilizando como efector extracto rico en antocianinas o compuestos aislados. Los mecanismos más relevantes postulados hasta ahora incluyen, el aumento de las translocaciones de GLUT-4, la activación de la AMPK y las enzimas lipolíticas, la disminución de la fosforilación de la serina del IRS-1 (sustrato receptor de insulina 1), la regulación negativa de la expresión de unión al retinol 4, SREBP-1 (regulador de esteroles proteína de unión a elementos 1) nivel de ARNm e inhibición de la enzima de síntesis de triglicéridos y ácidos grasos y actividad lipogénica. Todos estos desempeñaron un papel eficaz para aumentar la sensibilidad a la insulina y revertir la condición diabética / obesa (29, 34,35).
22 Figura 7. Esquema con los principales mecanismos antidiabéticos y antilipogénicos con los que cuentan las antocianinas en el organismo. (36) Se ha demostrado que la disminución de la resistencia a la insulina y la mejora de la sensibilidad a la insulina por parte de las antocianinas en los órganos diana están mediadas por la activación de la AMPK (proteína quinasa activada por monofosfato de adenosina) y regulan negativamente la fosforilación de la serina de IRS-1 (sustrato receptor de insulina 1), mejor translocación de GLUT4 (transportador de glucosa 4) al aumentar la actividad de PPAR-γ (receptor gamma activado por proliferador de peroxisoma), disminuyendo la concentración de hs-CRP (proteína reactiva C de alta sensibilidad) y reducción de la expresión de unión a retinol 4 (RBP4). La reducción del aumento de peso por antocianinas también se informa a través de mecanismos incluida la reducción en el nivel de ARNm de SREBP-1 (proteína de unión a elementos reguladores de esteroles 1) e inhibición de las enzimas de síntesis de ácidos grasos (FA) y triglicerol (TG), así como la regulación negativa de factores lipogénicos y la regulación positiva de enzimas lipolíticas. La obesidad está fuertemente asociada con la resistencia a la insulina, y la mejora de la resistencia a la insulina es importante para prevenir el desarrollo de DM2. La eficacia de las antocianinas para prevenir la resistencia a la insulina se ha demostrado en diferentes modelos en cuanto a animales. (37,38)
23 4.2.1 Animales En animales se suele utilizar el modelo de animal obeso, que a su vez, pueden clasificarse en dos grupos, los modelos monogénicos y los poligénicos. En los modelos monogénicos, los ratones ob/ob son C57BL/6 que se vuelven obesos espontáneamente debido a una mutación en el gen de la leptina responsable de controlar el apetito (39). Las ratas Zucker son un modelo de obesidad monogénica en el que las ratas son autosómicas recesivas a una mutación en los receptores de leptina y, por consiguiente, presentan síntomas metabólicos como hiperglucemia y resistencia a la insulina. A pesar del fenotipo de trastorno metabólico que se muestra en estos modelos monogénicos, estos modelos están limitados en su representación de la obesidad humana, ya que son inducidos a través de una mutación de un gen. Para paliar esta problemática se propusieron modelos de obesidad inducida por la dieta como se refleja en la tabla 3. En cambio, estos animales son alimentados con dietas de alta energía como las de alto contenido de grasa (45% o 60% de energía kcal de la grasa por la diferencia de contenido de manteca), de alta fructosa y de alto colesterol. Se utilizan comúnmente ratones C57BL/6. Estos modelos poligénicos desarrollados por las dietas de alta energía han mostrado los síntomas característicos de los trastornos metabólicos como la intolerancia a la glucosa y el aumento del colesterol y los triglicéridos en el plasma de los animales. Las ratas obesas inducidas por la dieta son otro modelo poligénico en el que las ratas han sido criadas selectivamente a través de varias generaciones para que se vuelvan obesas sin la suplementación de una dieta de alta energía. Estos modelos válidos pueden llevarnos a predecir el mecanismo y la eficacia de las moléculas objetivo para la obesidad humana. (40) Tabla 3. Resumen de los estudios en ratones (C57BL/6) (46) N= Modelo Alimento Composición Estudio Resultado Ref 60 Ratón (C57BL/6) Masa: Normal Col roja Dosis: 33.36 nmol/g (1) Dieta alta en grasas vs. dieta normal durante 8 semanas ↓LDL ↓Colesterol ↓Tg ↓CRP ↓TNF-α 41 56 Ratón (C57BL/6) Masa: Obeso Saúco negro Dosis: 20–40 mg/kg 100–200 mg/kg (2) Dieta alta en grasas vs. dieta normal durante 16 semanas ↓Tg ↓Colesterol ↓Ácido graso sintasa ↓ARNm de SREBP-1 ↓Insulina ↓TNF-α 42
24 48 Ratón (C57BL/6) Masa: Normal Zumo arándanos Dosis: 4.09 mg/mL (3) Dieta alta en grasas vs. dieta normal durante 12 semanas ↓Leptina ↓Colesterol ↓HDL y LDL ↓Adiponectina ↓Tg ↓TNFα ↓IL-6 43 60 Ratón (C57BL/6) Masa: Normal Mora y cereza Dosis: 200 mg/kg (4) Dieta alta en grasas vs. dieta normal durante 16 semanas ↓Glucosa ↓Leptina ↓TNF-α ↓IL-6 ↓iNOS ↓NF-αB 44 48 Ratón (C57BL/6) Zumo de mora Dosis: 21.86 mg/mL (5) Dieta alta en grasas vs. dieta normal durante 12 semanas ↓Leptina ↑Adiponectina ↓TNFα ↓IL-6 43 30 Ratón (C57BL/6) Soja negra Dosis: 12.48 mg/g (6) Dieta alta en grasas vs. dieta normal durante 12 semanas ↓TG ↓Colesterol ↓TNFα ↓IL-6 ↑IL-10 45 Tabla 4. Composición de antocianinas de los alimentos de la tabla 3. (47) Alimento Antocianinas 1 -cianidina (3-diglucósido-5-glucósido) -cianidina (3-(sinapoyl)-diglucósido-5glucósidos) -cianidina (3-(glucosil)(sinapoyl)(pcumaroil)sophorsido-5-glucósido) -cianidina (3 (glucosil)(sinapoyl)(feruloyl)sophorside-5 glucósido) -cianidina (3-diferuloilsoforósido-5-glucósido) -cianidina (3-(cumaroil)sophoroside-5-glucósido) -cianidina (3-(feruloil)sophoroside-5-glucósido) -cianidina (3-diferuloilsoforósido-5-glucósido) -cianidina (3-(sinapoyl)(feruloyl)sophorosido-5glucósido) -cianidina (3-(sinapoyl)(sinapoyl)sophorosido-5glucósido) 2 -cianidina (3-glucósido) -cianidina (3-sambubiósido) 3 -cianidina (3-galactosido) -cianidina (3-arabinosida) -delfinidina (3-glucósido) -delphinidin (3-galactosido) -delfinidina (3-arabinosido) -petunidina (3-glucósido) -petunidina (3-arabinosido) -malvidina (3-galactosido)
31 En este conjunto de estudios resumidos en la tabla 5 se reflejan los efectos de las diferentes antocianinas en diversos estados patológicos. En los estudios en humanos podemos confirmar bastantes indicios que se presentaban en las pruebas en ratones. Disminución del plasma oxidado LDL, disminución del colesterol total, disminución de TG, disminución de las señales de respuesta al aumento del estrés oxidativo: TNFα, IL-8, malondialdehído (MDA) y concentraciones hidroxinonenales (4-HNE). En el estudio de Liu Y. y cols. (2014) (50) se refleja un aumento en el nivel de adiponectina, factor interesante en el tratamiento debido a que diversos estudios han comprobado que la adiponectina aumenta la sensibilidad a la insulina en diversos tejidos como hígado, músculo esquelético y tejido adiposo. También, a diferencia de los estudios en animales se ve reflejado un aumento en los niveles de HDL como demuestra Kianbakht S. et al (2014) (55). En esta revisión podemos ver como en un estudio de Wright OR (2013) (51) no obtenemos evidencia suficiente debido a que no había pruebas de que 118,5 mg/día de antocianinas y 259,2 mg/día de ácidos fenólicos durante 4 semanas produjeran cambios estadísticamente significativos en el peso corporal, la composición corporal, el apetito, la ingesta alimentaria, el colesterol de lipoproteínas de baja densidad o el colesterol total, la presión arterial y la proteína C reactiva en estos pacientes obesos en las concentraciones y la duración de la intervención utilizadas en este estudio. Con la dosis administrada (118,5 mg/día de antocianinas y 259,2 mg/día de ácidos fenólicos) y la duración del estudio (4 semanas). Sin embargo, en el estudio de Riso P (2013) en pacientes con sobrepeso sí que se obtuvieron resultados mediante la ingesta de bebidas de arándanos silvestres, que redujo los niveles de bases de ADN oxidadas endógenamente (de 12,5 ± 5,6 % a 9,6 ± 3,5 %) y los niveles de daño del ADN inducido por el H2O2 (de 45,8 ± 7,9 % a 37,2 ± 9,1 %). Entre estos estudios, la gran diferencia que podemos encontrar es la cantidad de dosis utilizada para la realización del estudio. Por lo que podríamos discutir que la cantidad de dosis en estos casos sea crucial, dado a que en el resto de estudios en los que vamos evidencia los realizan en una concentración superior. En el resto se reflejan efectos que se basan en parámetros que aumentan la sensibilidad a la insulina resumidos en la figura 7. Es en el estudio de Liu Y y cols. (2014) (50) donde se asocia un mecanismo directo de las antocianinas, concretamente Cianidina-3-Glucosido con los mecanismos antidiabéticos, ya que induce a la protección de las anti-adinopectinas inmunológicas por lo que permite que aumente su concentración. La mayor parte de la regulación fisiológica de los niveles de adiponectina es atribuible a los cambios transcripcionales mediados por PPARγ. Y como ya vimos en la figura 7 esta produce una mejor translocación de GLUT4 (transportador de glucosa 4) al aumentar la actividad de PPAR-γ (receptor gamma activado por proliferador de peroxisoma) por lo que se produce el efecto antidiabético.
32 5. Conclusiones Las personas pueden ingerir cantidades significativas de antocianinas al consumir alimentos vegetales y frutas de color oscuro. Un creciente conjunto de pruebas científicas indica que el mayor consumo de antocianinas, tanto en animales como en humanos, se asocia con un menor riesgo de DM2. Los resultados de la mayoría de los estudios de intervención en animales y humanos apoyan la hipótesis de que las antocianinas pueden afectar positivamente a los marcadores de obesidad y DM2. Más investigaciones sobre las antocianinas pueden dar lugar a recomendaciones más específicas sobre el consumo de suplementos de antocianina o alimentos ricos en este compuesto, y por lo tanto ayudar a controlar la obesidad y el DM2. A pesar de los prometedores resultados publicados hasta ahora, sigue siendo incierto si las antocianinas son capaces de revertir los complejos procesos patológicos que acompañan a la obesidad y la DM2. Aunque los estudios respaldan esta posibilidad, son demasiado pocos y no son lo suficientemente rigurosos desde el punto de vista metodológico. Hasta la fecha, no tenemos conocimiento de ningún estudio de intervención a largo plazo en seres humanos que relacione la ingesta de antocianinas con la incidencia de DM2, y hay pocos estudios clínicos en seres humanos que hayan examinado el efecto de las intervenciones con dietas ricas en antocianinas sobre los factores de riesgo intermedios de DM2, como la homeostasis de la glucosa y la resistencia a la insulina. Además, los resultados de estos estudios publicados pueden no ser generalizables a otras poblaciones étnicas. En conclusión, las antocianinas alimentarias parecen tener como objetivo la sensibilidad a la insulina a través de diversos mecanismos y tienen el potencial de modular estados de enfermedad como la diabetes mediante su efecto modulador en diversas vías específicas de transducción de la señal de insulina de las enzimas/receptores y también por mecanismos generales antioxidantes y antiinflamatorios. Por consiguiente, se necesitan ensayos clínicos adicionales a gran escala y a largo plazo para llegar a una conclusión firme sobre la contribución de las antocianinas al tratamiento y la prevención de la obesidad y la diabetes.
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